生产含有碳酸酯的酸敏液体组合物的方法 本发明的领域
本发明提供了生产适合用于光致抗蚀剂组合物的酸敏液体组合物的方法,或用于加工光致抗蚀剂组合物的方法。该方法包括通过让酸敏液体组合物通过一个或多个滤片而从含有碳酸酯的酸敏液体组合物中除去金属离子杂质。滤片之一包括其中固定有颗粒助滤剂和颗粒离子交换树脂的自承纤维基质。另一滤片包括其中固定有颗粒助滤剂和粘结剂树脂,但不含有任何离子交换树脂地自承纤维素纤维基质。
本发明的背景
光致抗蚀剂组合物用于制备小型化电子组件的微光刻技术(microlithography),如用于制造计算机芯片和集成电路。一般,在这些方法中,首先将光致抗蚀剂组合物的薄涂膜施涂于基材,如用于制备集成电路的硅晶片上。然后将涂布的基材烘烤,以蒸发掉光致抗蚀剂组合物中的任何溶剂和将涂层固定到基材上。基材的烘烤的涂层表面接下来进行成像(image-wise)辐射曝光。
该辐射曝光引起了涂层表面曝光区域的化学转换。可见光、紫外线(UV)、电子束和X-射线辐射能是目前常用于微光刻技术的辐射类型。在该成像曝光之后,涂层基材用显影剂溶液处理和除去基材涂层表面的辐射曝光区域(在正性光致抗蚀剂的情况下)或未曝光区域(在负性光致抗蚀剂的情况下)。
金属离子污染已成为制造高密度集成电路、计算机硬盘驱动器和计算机芯片中悬而未决的问题,常常导致了增加的缺陷、收率损失、降解和性能降低。在等离子体方法中,金属离子如钠和铁当存在于光致抗蚀剂中时,它们尤其在等离子体去胶(stripping)过程中引起污染。然而,这些问题能够在该制造方法中得到显著克服,例如通过在高温退火周期中利用污染剂的HCl吸除(gettering)。
因为电子器件已日益复杂化,所以这些问题变得更加难以被克服。当硅晶片用液体正性光致抗蚀剂涂布和随后例如用氧微波等离子体去胶时,通常发现半导体的性能和稳定性降低,因为据信存在非常低水平的金属离子。当重复等离子体去胶方法时,常常发生器件的更多降解。已发现这些问题的主要原因是光致抗蚀剂中的金属离子污染,尤其钠和铁离子。往往发现低于100ppb(十亿分率)的金属离子水平会不利影响这些电子器件的性能。光致抗蚀剂组合物中的杂质水平以往和目前都通过(1)选择满足严格杂质水平规定的光致抗蚀剂组合物的原料和(2)仔细控制光致抗蚀剂配方和加工参数以避免将杂质引入到光致抗蚀剂组合物中来控制。因为光致抗蚀剂应用变得日益先进,所以必须做出更严格的杂质规定。
用作光致抗蚀剂组合物的组分或用于加工光致抗蚀剂组合物的液体组合物包括溶剂,显影剂,冲洗剂,稀释剂和边缘珠粒去除剂(edgebead remover)。在生产复杂的半导体器件中,对于提供各金属离子污染水平低于50ppb的液体组合物显得越来越重要。本发明提供了生产具有非常低的金属离子浓度的这种液体组合物的方法。
有两种类型的光致抗蚀剂组合物,即负性和正性光致抗蚀剂组合物。当将负性光致抗蚀剂组合物进行辐射成像曝光时,曝露于辐射的光致抗蚀剂组合物的区域在显影剂溶液中的溶解性变小(例如发生了交联反应),而光致抗蚀剂涂层的未曝光区域保持对这种溶液的相对可溶。因此,用显影剂处理曝光的负性光致抗蚀剂引起了光致抗蚀剂涂层的未曝光区域的去除和负性影像在涂层中的形成,从而露出在沉积光致抗蚀剂组合物的基材底表面上的所需部分。
相反,当将正性光致抗蚀剂组合物进行辐射成像曝光时,曝露于辐射的光致抗蚀剂组合物的那些区域在显影剂溶液中的溶解度变大,而未曝光的那些区域保持相对不溶于显影剂溶液。因此,曝光正性光致抗蚀剂用显影剂处理引起了涂层的曝光区域的去除和在光致抗蚀剂涂层中形成正性图像。同样,露出了基材底表面的所需部分。
在该显影操作之后,现在部分无保护的基材可以用基材蚀刻剂溶液或等离子体气体等处理。蚀刻剂溶液或等离子体气体蚀刻其中在显影过程中去除了光致抗蚀剂涂层的那部分基材。其中光致抗蚀剂涂层仍然保留的基材区域被保护,因此,在对应于用于辐射成像曝光的光掩模的基材中形成了蚀刻图案。以后,在去胶操作过程中可以除去光致抗蚀剂涂层的保留区域,留下了清洁的蚀刻基材表面。在一些情况下,需要在显影步骤之后和在蚀刻步骤之前热处理剩余的光致抗蚀剂层,以便增加它对底层基材的粘合力和它的耐蚀刻溶液性。
目前,正性光致抗蚀剂组合物比负性光致抗蚀剂更被看好,因为前者一般具有更好的分辨力和图案转移特性。光致抗蚀剂分辨力被定义为在曝光和显影步骤之后光致抗蚀剂组合物能够从光掩模转移到基材上的具有高影像边缘敏锐度的最小特征。在今天的许多生产应用中,大约小于1微米的光致抗蚀剂分辨力是十分常见的。另外,几乎总是希望,显影的光致抗蚀剂壁面轮廓与基材几乎垂直。在光致抗蚀剂涂层的显影和非显影区域之间的这种分界转化为掩模影像在基材上的精确的图案转移。
美国专利No.6,103,122公开了包括其中固定有颗粒助滤剂和颗粒离子交换树脂的自承纤维基质的滤片,其中所述颗粒助滤剂和颗粒离子交换树脂基本上均匀分布在所述基质的整个截面上。在该专利中还公开了从光致抗蚀剂溶液中除去离子杂质的方法,该方法包括让光致抗蚀剂溶液通过所述滤片,以除去其中的离子杂质。
2000年10月20日提出的美国专利申请序列号09/693,215公开了用于作为薄膜布置在表面上的光致抗蚀剂组合物的边缘珠粒去除剂,主要由包括基于溶剂混合物重量的大约50到大约80重量份的至少一种碳酸二(C1-C3)烷基酯和基于溶剂混合物的大约20到大约50重量份的环戊酮的溶剂混合物组成。该申请还公开了处理布置在表面上的光致抗蚀剂组合物薄膜的方法,该方法包括让光致抗蚀剂组合物与其量足以使在整个表面上具有基本均匀薄膜厚度的光致抗蚀剂组合物的溶剂混合物接触,其中溶剂混合物包括基于溶剂混合物重量的大约50到大约80重量份的至少一种碳酸二(C1-C3)烷基酯和基于溶剂混合物的大约20到大约50重量份的环戊酮。
本发明的概述
本发明提供了生产酸敏液体组合物的方法,所述方法包括以下步骤:
让含有用式ROC(=O)OR1表示的碳酸酯(其中R和R1独立是1到大约10个碳原子的烃基)的酸敏液体组合物通过以下两种滤片的至少一种:
(a)包括其中固定有颗粒助滤剂和颗粒离子交换树脂的自承纤维基质的滤片,所述离子交换树脂具有大约2到大约10微米(μm)的平均粒度,其中所述颗粒助滤剂和离子交换树脂颗粒基本上均匀分布在所述基质的整个截面部分;和/或
(b)包括其中固定有颗粒助滤剂和粘结剂树脂的自承纤维基质的滤片,所述滤片具有大约0.0.05到0.5μm的平均孔径;从而获得酸敏液体组合物。
本发明还提供了处理布置在表面上的光致抗蚀剂组合物的薄膜的方法,所述方法包括让所述光致抗蚀剂组合物与通过上述方法制备的酸敏液体组合物接触,其量足以使在所述整个薄膜表面上具有基本均匀薄膜厚度的所述光致抗蚀剂组合物。
优选实施方案的描述
本发明提供了生产酸敏液体组合物的方法。本方法的一个步骤包括让含有用式ROC(=O)OR1表示的碳酸酯(其中R和R1独立是1到大约10个碳原子,或1-5个碳原子的烃基)的酸敏液体组合物通过下述两种滤片的至少一种。
这里所使用的术语“烃基取代基”或“烃基”以其普通意义使用,这对本领域中的那些技术人员来说是公知的。具体地说,它是指具有直接连接于该分子的剩余部分的碳原子和具有占主导的烃特性的基团。烃基的实例包括:
(1)烃取代基,即脂族(例如烷基或链烯基),脂环族(例如环烷基,环烯基)取代基,和芳族-、脂族-和脂环族-取代的芳族取代基,以及其中该环通过分子的另一部分来完成的环状取代基(例如,两个取代基一起形成脂环族基团);
(2)取代的烃取代基,即,就本发明而论,含有不改变占主导的烃取代基的非烃基团(例如,卤素(尤其氯和氟),羟基,烷氧基,巯基,烷基巯基,硝基,亚硝基,和硫氧基)的取代基;
(3)杂取代基,即,就本发明而论,虽然具有占主导的烃特性,但在另外由碳原子组成的环或链中含有非碳原子的取代基。杂原子包括硫、氧、氮,并且包括取代基如吡啶基,呋喃基,噻吩基和咪唑基。一般,在烃基中每10个碳原子存在不超过2个,优选不超过1个非烃取代基;典型地,在烃基中没有非烃取代基。
在一个实施方案中,R和R1独立是甲基或乙基,在另一个实施方案中,R和R1均是甲基(即碳酸酯是碳酸二甲酯),在又一个实施方案中,R和R1均是乙基(即,碳酸酯是碳酸二乙酯)。
在一个实施方案中,本发明的酸敏液体组合物进一步包括至少一种溶剂。该溶剂能够是可用于配制光致抗蚀剂组合物的任何溶剂,或其它非极性烃溶剂。有用的溶剂没有限制地包括丙二醇甲基醚乙酸酯(PGMEA),3-甲氧基-3-甲基丁醇,2-庚酮(甲基戊基酮),乙二醇单甲基醚,乙二醇单乙基醚,二甘醇单乙基醚,丙二醇单甲基醚(PGME),乙二醇单乙基醚乙酸酯,乙二醇单甲基醚乙酸酯,或单羟基单羧酸酯,如羟基乙酸甲酯,羟基乙酸乙酯,羟基乙酸丁酯,甲氧基乙酸甲酯,甲氧基乙酸乙酯,甲氧基乙酸丁酯,乙氧基乙酸甲酯,乙氧基乙酸乙酯,丙酸乙氧基乙酯,3-羟基丙酸甲酯,3-羟基丙酸乙酯,3-甲氧基丙酸甲酯,3-甲氧基丙酸乙酯,2-羟基丙酸甲酯,2-羟基丙酸乙酯,2-羟基丙酸乙酯(乳酸乙酯),3-羟基丙酸乙酯,2-羟基丙酸丙酯,2-乙氧基丙酸甲酯,2-甲氧基丙酸丙酯,环戊酮,环己酮,和它们的混合物。在这些当中,最优选的溶剂是丙二醇甲基醚乙酸酯(PGMEA),丙二醇甲基醚(PGME),环戊酮,环己酮,和2-羟基丙酸乙酯(乳酸乙酯)。
在一个实施方案中,液体组合物包括50-80wt%碳酸酯和20-50wt%的溶剂,基于液体组合物的总重量。在一个实施方案中,碳酸酯与溶剂的比率是在60∶40到80∶20的范围内,以及在另一个实施方案中,该比率为65∶35到80∶20,在又一个实施方案中,为70∶30到80∶20,在再一个实施方案中,该比率为75∶25。
本发明的一种滤片(a)包括其中固定有颗粒助滤剂和颗粒离子交换树脂的自承纤维基质,该离子交换树脂具有大约2到大约10微米的平均粒度,其中所述颗粒助滤剂和离子交换树脂颗粒基本上均匀分布在所述基质的整个截面。滤片的颗粒助滤剂优选用酸洗涤。用于酸洗涤的酸优选是无机酸,如盐酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、草酸、丁二酸、磺酸和硝酸的溶液。这类滤片优选是在美国专利号6,103,122中所述的那种,并且可以在名称Zeta Plus40Q下从CUNOIncorporated(Meriden,Conn.,U.S.A.)商购。
能够在以上滤片中使用的颗粒离子交换树脂包括阳离子交换树脂,阴离子交换树脂,和它们的混合物。可以在滤片的制备中使用的阳离子交换树脂不是特别限制的。适合的阳离子交换树脂包括磺化苯酚-甲醛缩合物,磺化苯酚-苯甲醛缩合物,磺化苯乙烯-二乙烯基苯共聚物,磺化甲基丙烯酸-二乙烯基苯共聚物,和其它类型的含磺酸或羧酸基团的聚合物。应该指出的是,阳离子交换树脂一般与H+抗衡离子,NH4+抗衡离子或碱金属,例如K+和Na+抗衡离子一起提供。优选,本文利用的阳离子交换树脂具有氢抗衡离子。一种优选的颗粒颗粒阳离子交换树脂是购自Purolite(Bala Cynwyd,Pa.)的Microlite PrCH。这是具有H+抗衡离子的磺化苯乙烯-二乙烯基苯共聚物。
适合阴离子交换树脂在本领域中是已知的,例如公开在Samuelson,Ion Exchange Separations In Analytical Chemistry,JohnWiley & Sons,New York,1963,Ch.2中。优选的阴离子交换树脂是具有氢氧根抗衡离子的那些树脂,其中氢氧根在交换过程中引入到光致抗蚀剂组合物中。这里,优选的阴离子交换树脂是具有化学键接的氢氧化季铵交换基团的那些树脂,例如被氢氧化四甲基铵取代的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物。优选的阴离子交换树脂是被氢氧化季铵取代的交联聚苯乙烯,如在商品名AMBERLYSTA-26-OH下由Rohm andHaas Company销售和在DOW G51-OH下由Dow ChemicalCompany销售的离子交换树脂。
有各种类型的颗粒助滤剂,它们能够有利地用于以上滤片,包括硅藻土,氧化镁,珍珠岩,滑石,胶体二氧化硅,聚合物颗粒如通过乳液或悬浮液聚合生产的那些,例如聚苯乙烯,聚丙烯酸酯,聚(乙酸乙烯酯),聚乙烯,(或如在Emulsions and Emulsion Technology,Lissant,Kenneth J.,Marcel Dekker,1974中所述的其它这类材料),活性炭,分子筛,粘土等。
在以上滤片中可以使用的适合的自承纤维基质包括聚丙烯腈纤维,尼龙纤维,人造丝纤维,聚氯乙烯纤维,纤维素纤维,如木浆和棉,和乙酸纤维素纤维。
在一个实施方案中,滤片(a)进一步包括粘结剂树脂。适合用于滤片的粘结剂树脂包括蜜胺甲醛胶体,如在U.S.专利Nos.4,007,113和4,007,114中公开的那些,聚酰胺-聚胺表氯醇树脂如在U.S.专利No.4,859,340中公开的那些,和聚环氧烷如在U.S.专利No.4,596,340中公开的那些。聚酰胺-聚胺表氯醇树脂是优选的,并且能够购买到,例如PolycupTM 1884,2002或S2063(Hercules),CascamideTM ResinpR-420(Borden)和NopcobondTM 35(Nopco).
在一个实施方案中,以上滤片具有大约0.5-1.0μm的平均孔径。
本发明的第二种滤片(b)是包括其中固定有颗粒助滤剂和粘结剂树脂的自承纤维基质的滤片,该滤片具有0.05-0.5μm的平均孔径,在一个实施方案中为0.2μm。
自承纤维基质能够包括选自聚丙烯腈纤维、尼龙纤维、人造丝纤维,聚氯乙烯纤维,纤维素纤维和乙酸纤维素纤维中的纤维。优选,自承基质是纤维素纤维基质。纤维素纤维优选由包括具有大约+400到大约+800ml.的加拿大标准游离度(Canadian Standard Freeness)的非精炼纤维素纸浆和具有大约+100到大约-600ml的加拿大标准游离度的高度精炼纤维素纸浆的纤维素纸浆混合物衍生而来,如在U.S.专利No.4,606,824中公开的那样。
该滤片优选不含有任何离子交换树脂,并且优选在商品名ZetaPlus020 EC下从CUNO Incorporated(Meriden,Conn.,U.S.A.)商购,并且描述在U.S.专利No.4,606,824中。
本方法包括让含有碳酸酯的上述酸敏液体组合物通过滤片。该酸敏液体组合物可以通过滤片之一,或通过任意次序的两种滤片。即,酸敏液体组合物可以仅通过滤片(a),仅通过滤片(b),先通过滤片(a)和后通过滤片(b),或先通过滤片(b)和后通过滤片(a)。
在一个实施方案中,本发明的酸敏液体组合物在通过滤片((a)和(b))的至少一种之后具有各自低于10亿分之50(50ppb),或低于25ppb,或低于10ppb的钠和铁离子的浓度。
在一个实施方案中,本发明的酸敏液体组合物在通过滤片((a)和(b))的至少一种之后具有低于200ppb的卤素离子(如氟、氯、溴、碘)的浓度。
在一个实施方案中,本发明的酸敏液体组合物在通过滤片((a)和(b))的至少一种之后具有低于200ppb的至少一种以下阴离子的浓度:NO2-,NO3-,PO43-,SO42-和HSO4-。金属涂层常常因为这些阴离子的存在而能够被腐蚀,以及在金属涂层上常常使用边缘珠粒去除剂。
本发明酸敏碳酸酯在通过滤片时不分解的优点。其它离子交换技术的使用导致了碳酸酯的分解,并且是不希望的。碳酸酯分解能够通过醇含量(醇由碳酸酯的分解形成)和其它分解产物的增加来监控。
本发明还提供了处理置于表面上的光致抗蚀剂组合物薄膜的方法,该方法包括让光致抗蚀剂组合物与通过上述方法制备的液体组合物接触,其量足以使在该整个薄膜表面上具有基本均匀薄膜厚度的光致抗蚀剂组合物。照此,该液体组合物是边缘珠粒去除剂(EBR)。本发明因此提供了生产EBR的方法。
以下具体实施例提供了生产和利用本发明的组合物的方法的详细说明。然而,这些实施例决不是用来限制本发明的范围和不应被认为提供了实施本发明所必须专门采用的条件、参数或值。除非另有规定,所有份和百分数按重量计。
实施例
实施例1
在1加仑聚丙烯容器中安装串联连接的两个在线滤器。第一个滤器是47mm Zeta Plus40Q盘状滤片(从CUNO Incorporated(Meriden,Conn.,U.S.A.)获得),后一个是Zeta Plus020 EC盘状滤片(平均孔径0.2μm)。将通过过滤系统的以下液体保持在室温下,以及使用大约30毫米/分钟(ml/min)的流速来让液体通过该过滤系统。使用氮气压力,迫使液体通过该过滤系统。过滤装置首先用两份500ml的无水2-丙醇的冲洗液清洗。然后通过让300ml电子级碳酸二甲酯通过过滤装置来进行冲洗。此后,让450ml的属于碳酸二甲酯和环戊酮的75∶25(重量)混合物的液体组合物以30ml/min的速率通过滤器装置。定期在0、2、6、10和14分钟下取出样品,再通过原子吸附光谱法监测金属离子水平。结果在表1中给出。“对照物”是指未过滤的液体组合物。
表1 时间(分钟) 钠(ppb) 钾(ppb) 铁(ppb) 0(对照) 14 3 146 2 1 1 1 6 1 1 1 10 1 1 2 14 2 1 2
样品通过气相色谱法(GC)分析,没有显示甲醇(预期如果发生碳酸二甲酯的分解的话会存在)含量或其它分解产物的增加,说明过滤介质没有引起碳酸二甲酯的不希望的分解。
实施例2
按照与实施例1相同的工序,不同的是通过过滤装置的最终液体组合物是预先通过过滤装置的相同的碳酸二甲酯样品(代替碳酸二甲酯和环戊酮的混合物)。定期在0、2、6、10和16分钟下取出样品,再通过原子吸附光谱法监测金属离子水平。结果在表2中给出。“对照物”是指未过滤的液体组合物。
表2 时间(分钟) 钠(ppb) 钾(ppb) 铁(ppb) %碳酸二甲酯1 0(对照) 68 12 1 99.93 2 1 1 1 99.93 6 1 1 1 99.93 10 1 1 1 99.93 16 1 1 1 99.93
1通过样品的GC分析测定。百分数是指GC曲线的%面积。
实施例3
按照实施例2的工序,不同的是在开始(对照物或未过滤样品)和在10分钟之后监测氯离子水平。初始氯离子水平是1.7ppm,以及在10分钟之后是在200ppb以下。
参照实施例1
首先分析10ml碳酸二甲酯样品的钠、钾和铁,然后通过0.2微米(μm)TeflonTM针筒式滤器过滤。结果在表3中给出。“对照物”是指未过滤的碳酸二甲酯。
表3 样品 钠(ppb) 钾(ppb) 铁(ppb) 对照物 12 12 233 过滤的碳酸二甲酯 12 10 229
该数据表明,使用该TeflonTM过滤器没有导致痕量金属离子水平的下降。
参照实施例2
将碳酸二甲酯(75g)与2g的干EcodexTM 202A(混合床纤维素阳离子/阴离子材料,购自Graver Chemical Company)在室温下混合2小时,再过滤。过滤材料的GC分析表明形成了0.22%甲醇,表明EcodexTM 202A引起了碳酸二甲酯的部分分解。
以上提到的各文件在这里全面引入供参考。
除了在实施例中,或在另有明文规定的场合以外,在本描述中规定材料量、反应条件(如温度)、分子量、碳原子数等的所有数量应该理解为用词语“大约”来修饰。
虽然就优选实施方案解释了本发明,但应该理解的是,在阅读了本说明书后,它的各种变型对本领域中的那些技术人员来说是显而易见的。因此,不用说,这里公开的本发明包含了在附属权利要求范围内的这些变型。